غشاهای پلیمری در پرداختن به نیازهای فرآیندهای صنعتی متنوعی که نه تنها ماکرومولکول‌ها بلکه یون‌های محلول را حذف می‌کنند، بسیار مهم هستند. نگرانی فزاینده در مورد کمبود آب، همراه با ابتکارات مداوم در بازیابی منابع، پیشرفت غشاهای پلیمری، به ویژه برای اهداف تصفیه آب و فاضلاب را تسریع کرده است. با توجه به جداسازی مبتنی بر آب، غشاهای پلیمری در چندین کاربرد کاربرد دارند. آنها در فرآیندهای نمک زدایی برای حذف نمک از آب دریا و آب شور [1]، در حذف آلاینده های آلی و معدنی از فاضلاب [2]، [3]، در غلظت، تفکیک و خالص سازی محصولات در غذا استفاده شده اند. و صنعت فرآوری نوشیدنی [4] و در تلاش های احیای منابع [5]، [6].

در کاربردهای عملی، این غشاها ممکن است در معرض شرایط چالش برانگیزی قرار بگیرند که می تواند به دلیل آسیب فیزیکی یا شیمیایی دائمی، طول عمر آنها را کاهش دهد. ثابت شده است که محیط هایی که با سطوح شدید pH، تغییرات دما، فشارهای بالا و قرار گرفتن در معرض عوامل اکسید کننده (مثلاً کلر) مشخص شده اند، تأثیر مضری بر یکپارچگی غشاء دارند. گوهیل و همکاران [7] یافته‌های حاصل از مطالعات مختلف مستقل در مورد آسیب‌پذیری غشاهای تجاری، از جمله غشای RE4021-TL توسط Woongjin Chemical و غشاهای NF270 و BW30 توسط DuPont FilmTec™، هنگامی که در معرض کلر قرار گرفتند، تجزیه و تحلیل کردند. قرار گرفتن در معرض کلر به عنوان پتانسیل افزایش هزینه های عملیاتی با نیاز به تعمیر و نگهداری مکرر یا جایگزینی غشاها مشخص شد. علاوه بر این، می تواند منجر به کاهش پایداری عملکرد شود و بر پارامترهایی مانند انتخاب املاح و شار نفوذ اثر بگذارد. برعکس، مواد تمیزکننده و سفیدکننده معمولی مانند هیپوکلریت سدیم (NaOCl)، پراکسیدها و مواد شیمیایی اسیدی معمولاً برای تمیز کردن غشاهای آلوده در سیستم‌های آبی استفاده می‌شوند. با این وجود، تمیز کردن غشاهای پلیمری در فرکانس‌های بالا تحت شرایط pH شدید ممکن است منجر به بدتر شدن خواص غشا و تأثیر بعدی بر عملکرد جداسازی شود [8]. هنگامی که در معرض کلر و شرایط pH شدید قرار می‌گیرید، کاهش عملکرد غشا بر اهمیت توسعه غشاهای قوی‌تر که قادر به تحمل این شرایط عملیاتی سخت هستند تأکید می‌کند. اگرچه غشاهای سرامیکی عملکرد استثنایی در شرایط سخت فیلتر کردن آب از خود نشان می دهند، اما هزینه های مواد قابل توجه آنها و سطح نسبتاً محدود سطح غشاء در هر ماژول موانع قابل توجهی را برای اپراتورهای صنعت ایجاد می کند. علاوه بر این، در حال حاضر هیچ غشای سرامیکی موجود نیست که بتواند به طور موثر کلرید سدیم (NaCl) را حذف کند، همانطور که غشاهای پلیمری در فرآیند نمک زدایی انجام می دهند.

در پاسخ به شرایط عملیاتی به طور فزاینده چالش برانگیز، روند تحقیقات فعلی به سمت توسعه غشاهای بادوام و مستحکم تر تغییر کرده است (شکل 1 را ببینید). به طور خاص، غشاهای مقاوم در برابر حرارت افزایش شدیدی را در مقالات تحقیقاتی تولید شده از اوایل دهه 2000 نشان می‌دهند، در حالی که تحقیقات در مورد غشاهای مقاوم به کلر کمی بعدتر، در اوایل دهه 2010 افزایش یافت. غشاهای مقاوم در برابر اسید/قلیا و غشاهای مقاوم در برابر تراکم از سال 2015 به طور مداوم مورد بررسی قرار گرفته اند، البته در حجم کمتری در مقایسه با دو دسته اول غشاها. چنین داده هایی نشان دهنده علاقه زیاد به توسعه غشاهای مقاوم و انعطاف پذیر است.

در سال‌های اخیر، تعدادی مقاله مروری پدیدار شده‌اند که پیشرفت‌های توسعه غشاء را که برای شرایط عملیاتی مورد نیاز طراحی شده است، بررسی می‌کنند. نمونه های قابل توجه شامل بررسی های عمیق در مورد غشاهای جداسازی گاز طراحی شده برای استفاده در محیط های خشن [9] و غشاهای تبادل پروتون است که به طور خاص برای کاربردهای پیل سوختی در دمای بالا مهندسی شده اند [10]. در حوزه جداسازی آب، Bargeman [8] مروری را انجام داد که پیشرفت‌ها در غشاهای نانوفیلتراسیون (NF) طراحی شده برای شرایط pH شدید را ارزیابی می‌کند در حالی که کرمی و همکارانش. [11] مروری را منتشر کرد که بر روی غشاهای کامپوزیت لایه نازک (TFC) پایدار حرارتی تمرکز دارد، با تأکید خاصی بر کاربرد آنها در تصفیه آب.

بررسی ما به سمت بحث در مورد بهبود ویژگی‌های غشایی برای فیلتراسیون آب، به‌ویژه برای محیط‌های عملیاتی خشن است. این را می توان به طور موثر در چهار حوزه کلیدی طبقه بندی کرد: مقاومت در برابر کلر و اکسیداتیو، پایداری اسید و قلیایی، انعطاف پذیری حرارتی و دوام تراکم. برای تقویت درک جامع از این پیشرفت‌ها، ما روش‌های به کار گرفته شده توسط محققان را به سه رویکرد مجزا طبقه‌بندی می‌کنیم، یعنی اصلاح سطح غشاهای نامتقارن، اصلاح حجیم غشاهای نامتقارن ( معروف به غشاهای ماتریس مخلوط (MMM)) و اصلاح سطح پلی آمید (PA) ) غشاهای TFC یا نانوکامپوزیت لایه نازک (TFN).